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한국뇌연구원과 혁신적 뇌연구를 위한 업무협약 체결
우리 대학이 한국뇌연구원(서판길 원장)과 18일(월) ‘혁신적 뇌연구를 위한 업무협약’을 체결했다. 이번 협약은 KAIST 신경과학-인공지능 융합연구센터(센터장 이상완 교수)와 한국뇌연구원 윤종혁 그룹장(퇴행성뇌질환 연구그룹)이 협력하며 성사됐다. 양 기관은 유기적인 업무협력 체계를 구축함과 더불어 공동연구 협력 및 인재 양성을 통한 뇌연구 분야 역량 강화를 위해 한 뜻을 모았다.
이번 협약을 통해 양 기관은 혁신적 뇌연구(뇌공학, 뇌질환, 뇌영상, 데이터과학 등)와 관련 주제를 함께 발굴하여 연구하고, 최신 뇌연구 인프라를 공동 활용할 예정이다. 또한 전문인력을 교류하고 양성하는 등 다각적인 노력을 해 나갈 것을 약속했다.
18일(월) 오후 5시 우리 대학 본원 제1회의실에서 개최되는 협약식에는 이광형 KAIST 총장, 이상완 신경과학-인공지능 융합 연구센터장, 정용 헬스사이언스 연구소장, 김재경 수리과학과/IBS 수리및계산과학연구단 교수등 KAIST 관계자들과 한국뇌연구원 서판길 원장, 김형준 연구본부장, 윤종혁 그룹장, 하창만 대외협력센터장 등의 관계자가 참석했다.
이광형 KAIST 총장은 “특성화 대학과 정부출연연구기관 간 상호 긴밀한 협력 체제를 구축하게 되어 기쁘다. 우수한 뇌연구 성과를 통해 국민 삶의 질 향상, 국가 경쟁력 강화, 국제적 위상 정립에 이바지할 것”이라고 소감을 전했다.
한국뇌연구원 서판길 원장은 “인공지능을 기반으로 한 뇌 빅데이터 분석 및 검증 플랫폼 공동 개발을 추진할 계획이다. 적극적인 연구 및 전문 인재 공유와 협업을 통해 뇌연구 고도화의 초석을 함께 다지겠다”라고 밝혔다.
2022.04.18 조회수 7393 -
이상완 교수, 신경과학-인공지능 융합연구 통해 인간의 문제해결 과정 규명
우리 대학 바이오및뇌공학과 이상완 교수 연구팀이 신경과학과 인공지능의 융합연구를 통해 인간의 문제해결 과정에서 뇌가 정보를 처리하는 원리를 규명하는 데 성공했다.
연구팀은 신경과학-인공지능 융합연구를 이용해 인간의 문제 해결 과정을 이론적·신경과학적으로 규명하는 데 성공했다. 이번 연구를 통해 인간 지능의 핵심 요소들을 인공지능 알고리즘으로 이식할 가능성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다.
이상완 교수와 함께 김동재 박사과정과 박건영 석사과정이 주도하고, 미국 캘리포니아 공과대학(Caltech)과의 국제 공동연구를 통해 진행된 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’12월 16일 자 온라인판에 게재됐다.
불확실성과 복잡도가 변하는 상황에서 달성 가능한 목표를 설정하고 계획을 세워 실행 및 전략을 수정해 나가는 과정은 인간이 가진 고유한 문제 해결 능력 중 하나이다. 최근 인공지능 알고리즘이 다양한 분야에서 인간의 작업 수행 능력을 넘어서고 있으나, 이러한 문제 해결 능력에 대한 완벽한 해결방안은 제시하지 못하고 있다.
인간의 문제 해결 과정은 목표설정-전략수립-실행-전략수정을 반복하는 과정으로, 이는 상태 의존적인 복잡한 시간의 함수이다. 일반적으로 인간의 문제 해결 과정은 많은 양의 데이터를 모으기 어렵고 불확실성과 복잡도가 높아 빅데이터 기반의 전통적 딥러닝 설계 방식으로는 구현이 어렵다.
연구팀은 문제 해결을 위해 ‘강화학습 이론 기반 실험 디자인’이라는 기술을 이용해 문제 해결 목표, 문제의 복잡도, 상황 변화의 불확실성이라는 세 가지 변수를 동시에 변화시켜 실제 인간의 문제 해결 과정과 유사한 상황을 구현했다.
이를 이용해 취득한 행동과 뇌 영상 데이터를 바탕으로 문제 해결 과정을 설명할 수 있는 수학적 모델을 찾기 위해 100가지가 넘는 종류의 메타 강화학습 알고리즘을 학습하고 비교 분석했다. 이 과정은 모델 기반 뇌 이미징 분석이라 불리는 기법이다.
연구팀은 더 엄밀한 검증을 위해 ‘정밀 행동 프로파일링’이라는 분석 방법을 적용했다. 이 방법을 이용하면 겉으로 보이는 행동이 인간과 유사할 뿐만 아니라, 실제로 인간과 같은 원리로 문제를 해결하는 모델을 도출할 수 있다.
그 결과로 문제의 불확실성 및 복잡도와 변화하는 상황에서 인간의 학습과 추론 과정을 모사하는 메타 강화학습 모델을 구현했고, 이 모델의 정보처리 과정이 전두엽의 한 부위인 복외측전전두피질의 신경 활성 패턴으로 설명된다는 것을 발견했다.
1 저자인 김동재 박사과정은 “다양한 가설을 엄밀히 검증하는 과정에 많은 시간이 소요됐지만 정밀 행동 프로파일링 방법론을 통해 실제 인간의 행동 원리를 재현하는 모델을 찾아냄으로써 추후 인공지능으로의 이식에도 큰 도움이 될 것이다”라고 말했다.
이상완 교수는 “기존 연구방식은 하나의 퍼즐 조각을 떼어서 다른 퍼즐의 빈자리를 메꾸는 것이라면, 이번 연구는 퍼즐을 푸는 원리를 배워 다른 퍼즐 맞추기에 적용하는 것에 비유할 수 있다”라며 “인간만이 가진 지능의 핵심 요소들을 인공지능 알고리즘으로 이식하는 기술은 이제 첫걸음을 떼었다고 생각한다. 이 기술이 완성되면 궁극적으로는 지능을 공학적으로 분해하고 과학적으로 이해할 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.
연구팀은 최근 과학기술정보통신부의 재원으로 정보통신기획평가원의 지원을 받아 설립한 KAIST 신경과학-인공지능 융합연구센터에서 이러한 기반 기술을 활용해 인간 지능을 모사한 차세대 인공지능 모델을 개발하고, 아울러 딥마인드, MIT, IBM AI 연구소, 케임브리지 대학 등 해외 관련 연구 기관과의 국제 공동연구를 통해 기술의 파급력을 높여나갈 계획이라고 말했다.
이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터의 지원 및 과학기술정보통신부 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 메타 강화학습 모델과 각 단계의 정보처리 과정에 관여하는 뇌 영역
2019.12.23 조회수 8286 -
신경과학-인공지능 융합 연구센터 개소
우리 대학이 6일 대전 본원 양분순빌딩에서 `신경과학-인공지능 융합연구센터(KAIST Center for Neuroscience-inspired AI, 이하 CNAI 연구센터)'를 개소한다.
과학기술정보통신부의 재원과 정보통신기획평가원의 지원을 바탕으로 설립되는 CNAI 연구센터는 인간 두뇌를 닮은 차세대 인공지능 연구를 수행할 예정이다.
CNAI 연구센터는 국내에서 유일하게 뇌기반 인공지능의 독자적 원천기술을 확보한 것이 특징이다. 발달인지·뇌과학 실증 연구와 뇌기반 인공지능 기술을 AI에 이식해 인간이 수행할 수 있는 높은 수준의 기능까지 구현할 수 있는 차세대 인공지능 기술을 개발하는 것을 연구 목표로 삼았다. 이를 통해 `AI-신경과학-로봇', `이론-소프트웨어-하드웨어'의 균형을 통한 세계 최정상급 연구를 추진하고 세계적 수준의 인공지능 기술을 선도하겠다는 취지다.
실제로, CNAI 연구센터가 수행한 강화학습 관점에서의 접근 방법은 올해 초 사이언스(Science)의 자매지인 사이언스 로보틱스(Science Robotics) 지에 발표됐다.
이러한 `인지발달–신경과학/뇌기반 인공지능–기계학습' 융합연구를 위해 다양한 전문성과 상호보완적 성격을 가진 다학제적 연구팀이 참여한다. KAIST, 서울대학교, 고려대학교, 영국 케임브리지대학교(University of Cambridge), 인공지능 스타트업 기업 휴멜로(Humelo) 등이다.
또한, 국제공동연구 네트워크를 통한 세계 최정상급 연구진과 공동연구 및 인적 교류도 활발히 진행하고 있다. 세계 최고 수준 뇌기반 인공지능 연구개발 기관인 미국 메사추세츠 공과대학(MIT), 구글 딥마인드(Google DeepMind), 아이비엠 인공지능 연구센터(IBM AI Research)를 비롯해 영국 케임브리지 대학교(University of Cambridge) 및 버밍엄 대학교(University of Birmingham) 등과 국제 공동 연구 협약을 맺고 다양한 도전적 연구 주제를 발굴하여 연구를 진행하고 있다.
지난 5월에는 구글 딥마인드(Google DeepMind) 연사를 초청해 `딥마인드의 신경과학-인공지능(DeepMind's Neuroscience-Inspired AI)' 세미나를 시리즈로 개최한 바 있으며, 오는 10월에는 미국 하버드 대학교와 하버드 메디컬 스쿨 연사들을 초청해 `신경과학-인공지능' 국제공동 심포지엄을 개최할 예정이다.
이어, 12월 2일에는 한국 계산뇌과학회와 공동으로 구글 딥마인드와 케임브리지 대학 연구자 등을 연사로 초청해 뇌기반 인공지능 국제 심포지엄을 개최할 계획이다.
이러한 세계적 석학 및 연구진들과의 국제공동 학술행사들을 통해 세계 유수의 선진 연구기관들이 보유한 최고 수준의 기술 현황을 파악하는 인적·기술적 교류 기회를 넓혀가며, 뇌-인공지능 융합 분야에서 KAIST가 국제적 뇌기반 인공지능 허브의 역할을 수행할 방침이다.
이상완 CNAI 연구센터 소장은 "인간의 두뇌가 가지고 있는 무한한 잠재력을 기술의 영역으로 풀어내고 이를 인공지능으로 이식하는 신경과학-인공지능 융합연구는 현재 인공지능의 수준을 한 단계 높이는 출발점이며, 인간과 인공지능이 함께 진화해 나갈 수 있는 미래사회의 밑그림을 그려가는 과정ˮ이라고 설명했다.
이 소장은 이어, "한국이 차세대 뇌기반 인공지능 연구를 선도하려면 정부와 기업의 많은 관심과 적극적인 지원이 필요합니다ˮ고 강조했다.
한편, 6일 열릴 개소식에는 박현욱 KAIST 연구부총장, 조광현 KAIST 연구처장, 정기훈 KAIST 바이오및뇌공학과 학과장 등 40여 명의 내·외빈이 참석할 계획이다.
2019.09.05 조회수 11358